[发明专利]一种单模块独立水冷式汽车尾气热电转换装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于一种汽车尾气热电转换装置及方法，具体而言，是一种单模块独立水冷式汽车尾气热电转换装置及方法。

背景技术

我国汽车产业发展迅速已成为世界第一大汽车生产国、第二大能源消费国，随着经济的高速发展对化石能源的需求急剧增长，然而，我国化石能源主要依靠国际市场的能源供给，在世界化石能源日益匮乏的今天，开发新能源和替代能源或高效传统能源已成为世界各国研究的重点。

目前，全球能源危机不断加深、汽车尾气污染、全球气候变暖日益加剧、汽车节能减排已成为世界各国关注的焦点，汽车燃油中有高达60％的能量没有被有效利用，其中约40％的能量以废热形式排放到空气中，这样不仅造成了能源的巨大浪费而且加剧了对环境的污染，如果能将这部分汽车尾气余热利用起来，将会产生很好的社会效益和广阔的市场前景。近年来，美、日、欧等发达国家通过利用热电转换技术将废热转换为电能，并应用于汽车发动机实现了车载汽车尾气余热发电取得了一定的成果，但是转换效率和输出功率较低，由于采用一体化控制热电转换模块冷端温度这种方式，热电转换模块冷端表面与冷却设备表面接触不够科学合理导致热量在热电转换模块冷端大量淤积，致使热电转换模块的冷热端温差建立不够明显使得装置的输出功率和总体热电转换效率较小，并且发出的电量只能提供部分车载仪器使用，这样经济效益低且成本回收周期过长，很难进行市场推广和实现产业化，汽车的节能与减排综合效益优势不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车尾气热电转换装置，设计一种单模块独立水冷式、高转换效率的可用于车载弱混合动力驱动的汽车尾气余热热电转换装置，通过为每个热电转换模块紧贴安装一个独立小水箱、控制其冷端温度增加冷热端温度差，通过电压巡检对每个热电转换模块进行输出电压特性检测并显示分析其输出电压特性，根据检测输出电压特性对每个热电转换模块进行电气拓扑结构最优化串并联组合最大程度的提高汽车尾气热电转换装置的输出功率和转换效率，具有转换效率高、可操作性强、输出功率大等优点，以克服上述的不足。

为实现上述目的，本发明包括热电转换单元和电压检测单元，其特点是：

热电转换单元：包括第一级热电转换模块单元和第二级热电转换模块单元，每一级热电转换模块单元都有五层，第一级热电转换模块单元从上至下依次为第一水箱层、第一热电转换模块层、第一集热器、第二热电转换模块层和第二水箱层，其中第一水箱层和第二水箱层都由多个独立的小水箱构成，各个独立小水箱由导水管相连接，第一水箱层各个小水箱的下表面对应与第一热电转换模块层各个热电转换模块的上表面相连，第一热电转换模块层的下表面与第一集热器的上表面相连，第一集热器的下表面与第二热电转换模块层的上表面相连，第二热电转换模块层各个热电转换模块的下表面对应与第二水箱层各个小水箱的上表面相连；第二级热电转换单元从上至下依次为第三水箱层、第三热电转换模块层、第二集热器、第四热电转换模块层和第四水箱层，其中第三水箱层和第四水箱层都由多个独立的小水箱构成，各个独立小水箱由导水管相连接，第三水箱层各个小水箱的下表面对应与第二热电转换模块层各个热电转换模块的上表面相连，第三热电转换模块层的下表面与第二集热器的上表面相连，第二集热器的下表面与第四热电转换模块层的上表面相连，第四热电转换模块层各个热电转换模块的下表面对应与第四水箱层各个小水箱的上表面相连；第一级热电转换模块单元中的第一水箱层通过导水管与第二级热电转换模块单元中的第三水箱层串联连接，第一级热电转换模块单元中的第二水箱层通过导水管与第二级热电转换模块单元中的第四水箱层串联连接，第一级热电转换模块单元中的第一集热器通过导气管与第二级热电转换模块单元中的第二集热器串联连接，每一级热电转换单元都由热电转换模块冷热两端的温度差产生直流电能，每个热电转换模块正负极都有两条电压高温导线，每16个热电转换模块为一组，由每组32根高温导线与电压巡检单元进行数据传送。

电压检测单元：每组热电转换模块的输出电压通过32根高温导线与所述电压巡检单元中的接线板输入端口相连，接线板输出端口通过每组32根排线与电压巡检单元中的检测从板相连，电压巡检单元中的检测从板通过内部CAN总线与电压巡检单元中的检测主板相连，电压巡检单元中的检测主板由USB或RS232接口向上位机传送各个热电转换模块的电压检测数据并进行实时显示，电压巡检单元中的检测主板通过外部CAN总线与汽车尾气热电发电系统主控制器相连进行通信。